virtio-net 实现机制【一】（图文并茂）

1. 基于virtio的半虚拟化概述

1.1 virtio运行结构

① virtio表示虚拟化IO，用于实现设备半虚拟化，即虚拟机中运行的操作系统需要加载特殊的驱动（e.g. virtio-net）且虚拟机知道自己是虚拟机

相较于基于完全模拟的全虚拟化，基于virtio的半虚拟化可以提升设备访问性能

② 运行在虚拟机中的部分称为前端驱动，负责对虚拟机提供统一的接口

③ 运行在宿主机中的部分称为后端驱动，负责适配不同的物理硬件设备

1.2 virtio架构层次

1.2.1 virtio前端驱动

① 运行在虚拟机中

② 针对不同类型的设备有不同的驱动程序，但是与后端驱动交互的接口都是统一的

③ 本文分析virtio-net模块，源码位于drivers/net/virtio_net.c

1.2.2 virtio层

① virtio层实现虚拟队列接口，作为前后端通信的桥梁

② 不同类型的设备使用的虚拟队列数量不同，比如virtio-net使用两个队列，一个用于接收，另一个用于发送

③ 源码位于drivers/virtio/virtio.c

1.2.3 virtio-ring层

① virtio-ring层是虚拟队列的具体实现

② 源码位于driver/virtio/virtio_ring.c

1.2.4 virtio后端驱动

① 运行在宿主机中

② 实现virtio后端的逻辑，主要是操作硬件设备，比如向内核协议栈发送一个网络包完成虚拟机对于网络的操作

③ 在Qemu + KVM虚拟化环境中，源码位于Qemu源码中（尚未详细分析）。后续将分析seL4中的后端实现

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2. Linux virtio核心数据结构

2.1 virtio_bus结构

struct bus_type是基于总线驱动模型的公共数据结构，定义新的bus，就是填充该结构。virtio_bus定义在drivers/virtio/virtio.c中，具体如下，

说明1：注册virtio_bus

virtio_bus以core_initcall的方式被注册，该方式注册的启动顺序优先级很高（作为对比，module_init最终对应的是device_initcall），在使用中要注意不同组件的启动顺序

说明2：virtio_dev_match函数

virtio驱动的match涉及到virtio_device_id结构，在virtio_device结构中包含该结构；在virtio_driver中则是包含该驱动支持的virtio_device_id列表

具体的match流程如下，

可见virtio驱动的match函数先匹配device字段，后匹配vendor字段，二者都满足条件时match成功

补充：从virtio_dev_match的流程可以看出，virtio_driver中的id_table必须以id->device = 0结尾，以便结束循环

2.2 virtio_device结构

struct virtio_device定义在include/linux/virtio.h中，具体如下，

重点说明如下4个字段，

2.2.1 struct virtio_device_id id

其中的device成员标识了当前virtio_device的用途࿰